锅炉设备的控制.doc

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1、锅炉设备的控制锅炉是石油、化工、发电等工业生产过程中必不可少的重要动力设备，它所产生的高压蒸汽不仅可以作为精馏、蒸发、干燥、化学反应等过程的热源，还可以为压缩机、风机等提供动力源。锅炉种类很多，按所用燃料分类，有燃煤锅炉、燃气锅炉、燃油锅炉，还有利用残渣、残油、释放气等为燃料的锅炉。按所提供蒸汽压力不同，又可分为常压锅炉、低压锅炉、常高锅炉、超高压锅炉等。不同类型的锅炉的燃料种类和工艺条件各不相同，但蒸汽发生系统的工作原理是基本相同的。图1给出了常见的蒸汽锅炉的主要工艺流程图。其中，蒸汽发生系统由给水泵、给水控制阀、省

2、煤器、汽包及循环管等组成。在锅炉运行过程中，燃料和空气按一定比例送入炉膛燃烧，产生的热量传给蒸汽发生系统，产生饱和蒸汽，然后再经过过热蒸汽，形成满足一定质量指标的过热蒸汽输出，供给用户。同时燃烧过程中产生的烟气，经过过热器将饱和蒸汽加热成过热蒸汽后，再经省煤器预热锅炉给水和空气预热器预热空气，最后经引风机送往烟囱排入大气。锅炉设备是一个复杂的控制对象，其主要的控制变量有燃料量、锅炉给水、减温水流量、送风量和引风量等；主要的被控量有汽包水位、过热蒸汽温度、过热蒸汽压力、炉膛负压等。这些控制变量与被控变量之间相互关联。例如

3、燃料量的变化不仅影响蒸汽压力，同时还会影响汽包水位、过热蒸汽温度、炉膛负压和烟气含氧量；给水量变化不仅会影响汽包水位，而且对蒸汽压力、过热蒸汽温度都有影响。因此锅炉设备是一个多输入/多输出且相互关联的控制对象。锅炉设备的控制任务是根据生产负荷的需要，提供一定压力或温度的蒸汽，同时要使锅炉在安全经济的条件下运行。其主要控制任务如下。(1)锅炉供应的蒸汽量应适应负荷变化的需要。(2)锅炉供给用汽设备的蒸汽压力保持在一定范围内。图1锅炉设备主要工艺流程(3)过热蒸汽温度保持在一定范围内。(4)汽包中的水位保持在一定范围内。(

4、5)保持锅炉燃烧的经济性和安全运行。(6)炉膛负压保持在一定范围内。为了实现上述调节任务，将锅炉设备控制划分为如下几个主要控制系统：(1)锅炉汽包水位的控制。被控变量是汽包水位，控制变量是给水流量。它主要是保持汽包内部的物料平衡，使给水量适应锅炉的蒸发量，维持汽包水位在工艺允许的范围内。这是保证锅炉、汽轮机安全运行的必要条件，是锅炉正常运行的主要标志之一。(2)锅炉燃烧系统的控制。被控变量有三个，即蒸汽压力(或负荷)、烟气含氧量(经济燃烧指标)和炉膛负压。控制变量也有三个，即燃料量、送风量和引风量。这三个被控变量和三个

5、控制变量相互关联。组成的燃烧控制系统方案，需要满足燃料燃烧时所产生的热量适应蒸汽负荷的需要；使燃料与空气量之间保持一定的比值，保证燃烧的经济性和锅炉的安全运行；使引风量和送风量相适应，保持炉膛负压在一定范围内。(3)过热蒸汽系统的控制。被控变量是过热蒸汽，控制变量是减温器的喷水量。控制的目的是使过热器出口温度保持在允许范围内，并保证管壁温度不超过允许的工作温度。下面分别讨论这三个控制系统的典型控制方案。一、锅炉汽包水位的控制汽包水位是锅炉运行的主要指标，保持水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件。因为水位过高，会

6、影响汽包内汽水分离，饱和水蒸气将带水过多，使过热器管壁结垢并损坏，同时使过热蒸汽的温度急剧下降。如果该带液蒸汽被用户用来带汽轮机，将会损坏汽轮机叶片。水位过低，由于汽包内的水量较少，而负荷很大时，水的汽化速度加快，若不及时加以控制，将使汽包内的水全部汽化，导致水冷壁烧坏，甚至引起爆炸。因此必须对锅炉汽包水位进行严格控制。1.汽包水位的动态特性锅炉汽包水位系统流程如图2所示。影响汽包水位变化的因素有给水量变化、蒸汽流量变化、燃料量变化、汽包压力变化等，其中最主要的是蒸汽流量和给水量。图2锅炉的汽包水位系统1)蒸汽流量对汽

7、包水位的影响在其他条件不变的情况下，蒸汽用量突然增加，瞬时间必然会导致汽包压力下降，汽包内水的沸腾突然加剧，水中气泡迅速增加，气泡体积增大，使汽包水位升高(水量实际上在减少)。这种由于压力下降而非水量增加导致汽包水位上升的现象称为“虚假水位”现象。图3给出了在蒸汽流量扰动作用下，汽包水位的阶跃响应曲线。当蒸汽流量D突然增加ΔD时，从锅炉的物料平衡关系来看，蒸汽量大于给水量，水位应下降，如图中曲线1ΔH。实际上，由于蒸汽流量的增加，瞬时间必然导致汽包压力的下降。汽包内的水沸腾突然加剧，水中气泡迅速增加，由于气泡容积增加而

8、使水位变化的曲线如图中2ΔH。而实际显示的水位响应曲线ΔH应为1ΔH和2ΔH的叠加，即12ΔH=ΔH+ΔH。从图中可看出，当蒸汽用量增加时，在开始阶段水位不会下降反而先上升，然后再下降，这各现象称之为“虚假水位”。蒸汽扰动时，水位变化的动态特性用传递函数表示为(6-30)式中，fε为蒸汽流量变化单位流量时水位的变化速度；2K为响应